(57)【要約】【課題】  パルスレーザーの照射によって高分子材料の内部に光導波路を形成・製造する際に、従来よりも一層の効率化かつ低コスト化を図るとともに、光ファイバーとの接続損失を低減させることの可能な優れた光導波路を得る。【解決手段】２枚以上のシリンドリカルレンズを通過したパルスレーザー１を少なくとも高分子材料からなる母材３に集光照射する。これにより、母材３内に形成される、他の部位とは屈折率が異なる屈折率変化部位の形状（アスペクト比）を制御することができ、光ファイバーとの接続損失の大幅な低減化を達成できる。その結果、高品質の光導波路を容易かつ低コストで製造することができる。【選択図】  図１
2005326599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも高分子材料からなる母材内に、２枚以上のシリンドリカルレンズを通過させたパルスレーザーを照射することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】
２枚のシリンドリカルレンズのそれぞれの固有焦点距離をｆ1およびｆ2（ただし、ｆ1＜ｆ2）とし、レーザー光源側から固有焦点距離ｆ1のシリンドリカルレンズ、固有焦点距離ｆ2のシリンドリカルレンズの順にとなるように配置し、該２枚のシリンドリカルレンズ間距離をＦとするとき、ｆ1、ｆ2およびＦとの間の関係が、式（１）を満たすようにシリンドリカルレンズを配置することを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
０．８（ｆ1＋ｆ2）＜Ｆ＜１．２（ｆ1＋ｆ2）    式（１）
【請求項３】
２枚のシリンドリカルレンズのそれぞれの固有焦点距離をｆ1およびｆ2（ただし、ｆ1＜ｆ2）とし、レーザー光源側から固有焦点距離ｆ2のシリンドリカルレンズ、固有焦点距離ｆ1のシリンドリカルレンズとなるように配置し、該２枚のシリンドリカルレンズ間距離をＦとするとき、ｆ1、ｆ2およびＦとの間の関係が、式（２）を満たすようにシリンドリカルレンズを配置することを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
０．８（ｆ1＋ｆ2）＜Ｆ＜１．２（ｆ1＋ｆ2）    式（２）
【請求項４】
該パルスレーザーが、パルス幅５フェムト秒〜５００ピコ秒の範囲内であり、かつ、オシレーター発振のみからなる非増幅パルスレーザーであることを特徴とする請求項１乃至３記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
少なくとも高分子材料からなる母材内に、２枚以上のシリンドリカルレンズを通過させたパルスレーザーを照射することにより製造されることを特徴とする請求項１乃至４記載の光導波路。
【請求項６】
該光導波路のコア部のアスペクト比（横長さ：縦長さ）が０．１〜１０であることを特徴とする請求項５記載の光導波路。
【請求項７】
該コア部の縦及び横長さが１μm以上２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項５記載の光導波路。
【請求項８】
該コア部の縦および横長さが１μm以上２０μm未満であることを特徴とする請求項５乃至７記載の光導波路。
【請求項９】
該コア部の縦及び横長さが２０μm以上２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項５乃至８記載の光導波路。
【請求項１０】
高分子材料のガラス転移温度（Ｔｇ）が１２０℃以上である請求項５乃至９記載の光導波路。
【請求項１１】
高分子材料が、ポリイミド、ポリカーボネート、フッ素系脂肪族環状構造含有重合体、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリシラン、シアン酸エステル樹脂、ベンゾシクロブテンのいずれかである請求項５乃至１０記載の光導波路。
【請求項１２】
高分子材料が、フッ素原子を含有するポリイミドであることを特徴とする請求項５乃至１１記載の光導波路。
【請求項１３】
高分子材料が、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すオリゴマーおよび／またはモノマーを含有することを特徴とする請求項５乃至１２記載の光導波路。
【請求項１４】
前記ラジカル反応性またはイオン反応性を有するオリゴマーおよび／またはモノマーがエポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基を有する請求項１３記載の光導波路。
【請求項１５】
高分子材料の主鎖および／または側鎖にラジカル反応性基またはイオン反応性基を有することを特徴とする請求項１３乃至１４記載の光導波路。
【請求項１６】
前記ラジカル反応性基またはイオン反応性基が、エポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基からなることを特徴とする請求項１３乃至１５記載の光導波路。
【請求項１７】
高分子材料の光損失が６００ｎｍ〜１６００ｎｍのいずれかの波長で３ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項５乃至１６記載の光導波路。
【請求項１８】
請求項５乃至１７記載の光導波路を部分的に含む光部品材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザーの照射によって、高分子材料からなる母材の内部に、屈折率の変化した部位を連続して形成することによって製造される光導波路の製造方法と光導波路に関するものであり、特に、効率的かつ低コストで製造される光導波路の製造方法、並びに光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信は、通信の高速化、大容量化、長距離化等の性能向上や、通信システムの経済化高機能化を図ることが可能であるため、近年急速に関心が高まりつつある。この光通信における重要な光部品としては、例えば、光分岐結合器（光カプラ）、光合波分波器、光アイソレータ、光ファイバーアンプ等が挙げられるが、最近では、光システムの普及に伴い、安価に供給できる光部品が望まれており、特に高分子光導波路が有望視されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、光導波路の製造方法として代表的な製造方法である、火焔堆積法によりクラッド層とコア層を積層した後にフォトリソグラフィーと反応イオンエッチングを用いたガラス系材料の光導波路製造方法が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、フェムト秒域のパルス幅を有するパルスレーザーをガラス材料内部に集光照射し、集光照射部分の屈折率を上昇させ、ガラスを走査することにより光導波路を形成する方法が開示されている。該方法によれば、短時間で安価に光導波路を製造することが可能であるが、ガラス材料では、実装に際し、プラスチック基板と貼り合わせることが発生するが、線膨張係数の違いなどから剥離したり、取り扱いする上で割れたりするために、実際の生産には不適当である。
【０００５】
また、特許文献３では、パルスレーザーを対物レンズで集光照射することによって、略円形または略四角形の断面を有する構造が変化した部位を製造する方法が開示されている。
【０００６】
さらに、非特許文献１では、光導波路の断面形状を丸くまたは四角といった対称性の高い形状に制御するために、シリンドリカルレンズを含む光学系にパルスレーザーを通過させてパルスレーザーの電磁場強度を調整してガラス内部に集光照射して光導波路断面形状を丸または四角くすることが検討されている。
【非特許文献１】''Femtosecond writing of active optical waveguides with astigmatically shaped beams'', Roberto Osellame, Stefano Taccheo et al, Vol.20, No.7/July 2003/J.Opt.Soc.Am.B
【特許文献１】特開平６−１６０６５７号公報（平成６年６月７日（１９９４．６．７）公開）
【特許文献２】特開平９−３１１２３７号公報（平成９年１２月２日（１９９７．１２．２）公開）
【特許文献３】特開２００２−２４９６０７号公報（平成１４年９月６日（２００２．９．６）公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では、高分子材料を用いた光導波路をより効率的かつ低
コストで製造することが不十分となっているほか、製造された光導波路と光ファイバーとの接続において、光損失が大きくなってしまうといった課題があった。
【０００８】
特許文献１に開示されている技術では、数百度以上の高温プロセスおよび真空プロセスを必要とし工程が複雑で製造に長時間を要するため製造コストが高く、歩留まりが悪いという課題があり、光システム普及の障害となっている。
【０００９】
さらに、特許文献２に開示されている技術では、アンプを用いた装置でパルスレーザー
を発振しているため、例えば実施例で記載しているようにパルスレーザーの繰返し周波数
は１〜２００ｋＨｚという低速となっている。繰返し周波数が２００ｋＨｚ程度の低速であれば、パルスレーザーによる光導波路形成時の形成速度（加工スピード）が非常に小さくなり生産性が低下する。そこで、生産性を向上するために加工スピードを大きくすると、光導波路の側壁が波打つ等するため、当該光導波路の特性が低下する。
【００１０】
すなわち、特許文献２に開示されている技術では、安定した加工性を達成しようとする
と、加工スピードが小さくなって生産性が低下し、生産性の向上を達成しようとすると、
加工の安定性が劣るという問題点が生じる。
【００１１】
加えて、アンプを用いた装置でパルスレーザーを発振させる場合、アンプの使用により
設備コストが高くなり、結果として光導波路の製造コストが高くなってしまうという問題
点も生じる。
【００１２】
特許文献３に開示されている技術では、得られる構造変化部位の断面形状が略円形または略四角形であるが、形状が歪で、光源や光ファイバーとの接続を行う場合に、接続損失が大きくなってしまう。
【００１３】
また、非特許文献１では、光導波路の断面形状を丸くまたは四角く制御する技術が開示されているが、材料はガラス材料系のみであり、ガラス材料と高分子系材料では加工に必要なエネルギー密度が大きく異なることから、高分子系材料へ適用できるか否かは未知である上、非特許文献１には高分子系材料への適用可能性については何ら言及されていない。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、パルスレーザーの照射によって高分子材料の内部に光導波路を形成・製造する際に、光導波路の断面形状を丸くまたは四角くすることにより、光ファイバーや光源との光接合をより一層効率良くしかつ低コスト化を図ることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、光導波路の製造に際して、パルス
レーザーを複数枚のシリンドリカルレンズを通過させた後に高分子系材料の内部に照射することによって、断面形状の制御された光導波路を製造する本発明を完成させるに至った。
【００１６】
すなわち、本発明にかかる光導波路は、上記の課題を解決するために、下記を提供する。
【００１７】
・本発明の第１は、次のとおりである。少なくとも高分子材料からなる母材内に、２枚以上のシリンドリカルレンズを通過させたパルスレーザーを照射することを特徴とする光導波路の製造方法。本製造方法により、高分子系材料であっても、断面形状を丸や四角といった対称性の高い形状に制御した光導波路が可能になる。
【００１８】
・本発明の第２は、次のとおりである。２枚のシリンドリカルレンズのそれぞれの固有焦点距離をｆ1およびｆ2（ただし、ｆ1＜ｆ2）とし、レーザー光源側から固有焦点距離ｆ1のシリンドリカルレンズ、固有焦点距離ｆ2のシリンドリカルレンズの順にとなるように配置し、該２枚のシリンドリカルレンズ間距離をＦとするとき、ｆ1、ｆ2およびＦとの間の関係が、式（１）を満たすようにシリンドリカルレンズを配置することを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
【００１９】
０．８（ｆ1＋ｆ2）＜Ｆ＜１．２（ｆ1＋ｆ2）    式（１）
この製造方法により、所望のアスペクト比の断面を有する光導波路を製造できる。
【００２０】
・本発明の第３は、次のとおりである。２枚のシリンドリカルレンズのそれぞれの固有焦点距離をｆ1およびｆ2（ただし、ｆ1＜ｆ2）とし、レーザー光源側から固有焦点距離ｆ2のシリンドリカルレンズ、固有焦点距離ｆ1のシリンドリカルレンズとなるように配置し、該２枚のシリンドリカルレンズ間距離をＦとするとき、ｆ1、ｆ2およびＦとの間の関係が、式（２）を満たすようにシリンドリカルレンズを配置することを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
【００２１】
０．８（ｆ1＋ｆ2）＜Ｆ＜１．２（ｆ1＋ｆ2）    式（２）
この製造方法により、所望のアスペクト比の断面を有する光導波路を製造できる。
【００２２】
・本発明の第４は、次のとおりである。該パルスレーザーが、パルス幅５フェムト秒〜５００ピコ秒の範囲内であり、かつ、オシレーター発振のみからなる非増幅パルスレーザーであることを特徴とする請求項１乃至３記載の光導波路の製造方法。この製造方法により、母材内部に効率良く屈折率変化領域を形成することができる。
【００２３】
・本発明の第５は、次のとおりである。少なくとも高分子材料からなる母材内に、２枚以上のシリンドリカルレンズを通過させたパルスレーザーを照射することにより製造されることを特徴とする請求項１乃至４記載の光導波路。
【００２４】
・本発明の第６は、次のとおりである。該光導波路のコア部のアスペクト比（横長さ／縦長さ）が０．１〜１０であることを特徴とする請求項５記載の光導波路。このアスペクト比を実現できるため、光ファイバーとの接続におけるアライメント許容幅を制御可能となる。結果、光導波路にモード制御機能（シングルモードからマルチモードへなど）を付与可能となる。
【００２５】
・本発明の第７は、次のとおりである。該コア部の縦及び横長さが１μm以上２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項５記載の光導波路。この光導波路により、伝搬モードがシングルモードおよびマルチモードの両方に対応できる。
【００２６】
・本発明の第８は、次のとおりである。該コア部の縦および横長さが１μm以上２０μm未満であることを特徴とする請求項５乃至７記載の光導波路。この光導波路により、伝搬モードがシングルモードに特定できる。
【００２７】
・本発明の第９は、次のとおりである。該コア部の縦及び横長さが２０μm以上２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項５乃至８記載の光導波路。この光導波路により、通信モードがマルチモードに特定できる。
【００２８】
・本発明の第１０は、次のとおりである。高分子材料のガラス転移温度（Ｔｇ）が１２０℃以上である請求項５乃至９記載の光導波路。すなわち、この光導波路により製造された光部品用材料の耐熱性が優れることになる。
【００２９】
・本発明の第１１は、次のとおりである。高分子材料が、ポリイミド、ポリカーボネート、フッ素系脂肪族環状構造含有重合体、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリシラン、シアン酸エステル樹脂、ベンゾシクロブテンのいずれかである請求項５乃至１０記載の光導波路。すなわち、この光導波路は、通信波長帯において透明性に優れる。
【００３０】
・本発明の第１２は、次のとおりである。高分子材料が、フッ素原子を含有するポリイミドであることを特徴とする請求項５乃至１１記載の光導波路。すなわち、この光導波路は、近赤外〜赤外域にかけて透明性が特に優れる。
【００３１】
・本発明の第１３は、次のとおりである。高分子材料が、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すオリゴマーおよび／またはモノマーを含有することを特徴とする請求項５乃至１２記載の光導波路。すなわち、この光導波路は、パルスレーザーの集光照射部の屈折率変化量をより大きく増大できる。
【００３２】
・本発明の第１４は、次のとおりである。前記ラジカル反応性またはイオン反応性を有するオリゴマーおよび／またはモノマーがエポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基を有する請求項１３記載の光導波路。すなわち、この光導波路は、屈折率変化量をより大きくできる。
【００３３】
・本発明の第１５は、次のとおりである。高分子材料の主鎖および／または側鎖にラジカル反応性基またはイオン反応性基を有することを特徴とする請求項１３乃至１４記載の光導波路。この光導波路により、モノマー高分子材料間で相分離することが無い。
【００３４】
・本発明の第１６は、次のとおりである。前記ラジカル反応性基またはイオン反応性基が、エポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基からなることを特徴とする請求項１３乃至１５記載の光導波路。この光導波路により、大きな屈折率変化量を誘起できる。
【００３５】
・本発明の第１７は、次のとおりである。高分子材料の光損失が６００ｎｍ〜１６００ｎｍのいずれかの波長で３ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項５乃至１６記載の光導波路。すなわち、この光導波路により、通信波長域で材料固有の吸収損失が小さくなり、光導波路の伝搬損失が小さくなる。
【００３６】
・本発明の第１８は、次のとおりである。請求項５乃至１７記載の光導波路を部分的に含む光部品材料。すなわち、この光導波路を部分的に含むため、光の合波・分波などの機能を持たせることができる
また、本発明には、上記構成の光導波路を用いてなる光部品も含まれる。
【発明の効果】
【００３７】
上記のように、本発明では、パルスレーザーを2枚以上のシリンドリカルレンズを通過させた後に、例えばポリイミド等の高分子材料を主成分とする母材内に、当該パルスレーザーを照射することによって母材内に屈折率変化を誘起させることができ、当該母材内に断面形状を丸くまたは四角く制御された光導波路を製造することができる。
【００３８】
この方法によれば、複雑な工程を経ることなく、しかも簡単に断面形状を丸くまたは四角く制御された光導波路を製造することができる。また、得られる光導波路は、高分子材料を主体としているため、ガラス製のものと異なり、フレキシブルなものとすることができる。さらに、パルスレーザーの光軸方向に対して、母材の走査方向または母材に対する集光照射点の移動方向を変えることで、光導波路の形状を任意に（直線状や曲線状に）制御することができる。それゆえ、２次元だけでなく３次元的な光導波路も容易に製造できるので、複雑な回路構造をもつ光集積回路等に適した光導波路を容易に得ることができる。
【００３９】
したがって、本発明では、従来よりも一層の効率的かつ低コストで光導波路を製造することができるだけでなく、得られる光導波路の断面形状を丸くまたは四角く制御することができるので、光源や光ファイバーとの光接続部で接続損失を大幅に低減させることができ、光集積回路に実装した場合に、光源や光ファイバーと効率良く接続できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すると以下の通りであるが、本発明は
これに限定されるものではない。
【００４１】
本実施の形態では、本発明にかかる光導波路、本発明にかかる光導波路の製造方法、および本発明の利用（有用性）の順で、本発明を詳細に説明する。
【００４２】
＜＜１．本発明にかかる光導波路＞＞
＜光導波路＞
本発明にかかる光導波路とは、例えば光通信等のように、光を用いたシステムに用いられる光導波路を製造する際に用いられる素材、または光部品の構成要素となり得る基本的な部品としての光導波路を指す。特に本発明では、少なくとも高分子材料からなる母材の内部に、直接にパルスレーザー（レーザーパルス）を集光照射することによって、当該母材の内部に屈折率の異なる部位を形成してなる材料を指す。このようにして得られる光導波路は、コア部の屈折率が周辺の部位よりも屈折率が高くなっており、様々な機能を発揮する光部品（例えば、光合波分波器や光アイソレーターなど）の一部に使用される。それゆえ、本発明にかかる光導波路には、それ単独で光部品として用いることが可能なものも含まれる。かかる光導波路を単体で使用することができるが、光部品の一部に使用されることもあり、特に限定されるものではない。
【００４３】
上記光導波路とは、光を一定領域内に閉じ込めて伝送する線路そのもの、または、屈折率の低い透光性の基板上に屈折率の高い部位を線状に加工することで上記光の線路を基板上に形成し、光を伝搬させる光の配線板を指す。
なお、上記光導波路については、後述する＜＜３．本発明の利用（有用性）＞＞の項にて、本発明の利用および有用性の具体例としてより詳細に説明する。
【００４４】
＜光導波路に用いられる材質＞
本発明にかかる光導波路に用いられる材質は、高分子材料（ポリマー材料）であれば特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ポリイミド、ポリマレイミド、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリアミド、ポリイミン、ポリ尿素、ポリシラン、ポリシラザン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、ポリシロキサン、ポリノルボルネン、ポリシラン、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン樹脂、シアナートエステル樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂（高分子材料）は、通常、単独で用いるが、必要に応じて２種類以上を混合したポリマーアロイとして用いてもよい。
【００４５】
上記の中でも、光学特性が優れている高分子材料としては、ポリイミド、ポリカーボネート、フッ素系樹脂（特にフッ素系脂肪族環構造含有重合体）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリシラン、シアン酸エステル樹脂を好ましくが挙げることができる。
【００４６】
上記光学特性の優れている高分子材料の中でも、特にポリイミドが耐熱性の点で好まし
い。さらに、このポリイミドは、その構造中にフッ素原子を含有しているフッ素系ポリイ
ミドが好ましい。フッ素系ポリイミドであれば、得られる光導波路の光学特性や吸湿性を優れたものとすることができる。
【００４７】
＜フッ素系ポリイミドの具体例＞
本発明で好適に用いられるポリイミドとしては、次に示す化学式（１）または化学式（２）
【００４８】
【化１】
2005326599.tif 000003
で表される構造を含むことが好ましい。ポリイミドにこのような構造が含まれていれば、後述するモノマーおよび／またはオリゴマーを添加した際に、その相溶性を優れたものに
できるとともに、得られる光導波路の屈折率を向上することができる。
【００４９】
ポリイミドは、モノマー成分として酸二無水物およびジアミンを当モル共重合して得られるポリアミド酸（ポリアミック酸）をイミド化することにより製造することができるが、このようにモノマー成分として、酸二無水物およびジアミンを用いる場合、酸二無水物としては、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物および／またはピロメリット酸二無水物を用いることが好ましく、ジアミンとしては、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニルを用いることが好ましい。これらモノマー成分を用いてなるポリイミドは、得られる光導波路の吸湿性や光学特性を優れたものとすることができるため、より好ましい。
【００５０】
＜フッ素系脂肪族環構造含有重合体＞
上記光学特性が優れている高分子材料の一つとして挙げているフッ素系脂肪族環構造含有重合体は、フッ素原子を含有する脂肪族環構造（フッ素系脂肪族環構造）を含有する高分子材料であれば特に限定されるものではない。具体的には、例えば、（１）２以上の重合性二重結合を有するフッ素系単量体を環化重合して生成する重合単位、（２）フッ素系脂肪族環構造を含有する単量体が重合して生成する重合単位から選ばれる少なくとも１種の重合単位を有する重合体を挙げることができる。
【００５１】
上記２以上の重合性二重結合を有するフッ素系単量体としては、具体的には、例えば、ペルフルオロ（アリルビニルエーテル）やペルフルオロ（ブテニルビニルエーテル）を挙げることができる。また、上記フッ素系脂肪族環構造を含有する単量体としては、具体的には、例えば、ペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）を挙げることができる。
【００５２】
＜その他光学特性が優れている高分子材料の具体例＞
上記光学特性が優れている高分子材料の一つとして挙げているシリコーン樹脂としては、シロキサン構造（−ＳｉＯ−構造）を含む重合体であればよく、具体的には、例えば、ポリシロキサン、変成シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂等を挙げることができる。中でも、好ましくはシリル基含有有機樹脂を好ましく用いることができる。このシリル基含有有機樹脂は、（Ａ）ＳｉＨ基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を１分子中に少なくとも２個含有する有機系骨格からなる有機化合物、（Ｂ）１分子中に少なくとも２個のＳｉＨ基を含有するケイ素化合物、および（Ｃ）ヒドロシリル化触媒を必須成分としてなる重合反応液を用いて重合することができる。
【００５３】
上記光学特性が優れている高分子材料の一つとして挙げているその他の樹脂（ポリカーボネート、エポキシ樹脂、ポリシラン、シアン酸エステル樹脂、その他のフッ素系樹脂）については特に限定されるものではない。また、上記ポリイミド、フッ素系脂肪族環構造含有重合体、シリコーン樹脂も含めた上記各高分子材料の入手方法は特に限定されるものではなく、公知の製造方法で製造してもよいし、市販のものを用いてもよい。例えば、後述する実施例（合成例１〜３）では、酸二無水物およびジアミンを当モル共重合して得られるポリアミド酸（ポリアミック酸）を触媒・脱水材によりイミド化してフッ素系ポリイミドを合成する例を挙げているが、もちろんこれに限定されるものではない。
【００５４】
＜高分子材料に要求される物性＞
本発明で用いられる高分子材料の物性は特に限定されるものではないが、ガラス転移温度（Ｔｇ）および光損失の少なくとも一方（好ましくは両方）が所定の範囲内となっていることが好ましい。これにより、得られる光導波路をより優れたものとすることができる。
【００５５】
具体的には、本発明で用いられる高分子材料のＴｇは１２０℃以上であることが好ましく、１５０℃以上がより好ましい。Ｔｇが１２０℃より低い場合はアブレーションがおこりやすくなるため、光導波路を形成しにくくなる場合がある。また、Ｔｇが１２０℃より低いと得られた光導波路において、長期の安定性に欠ける場合もある。なお、Ｔｇの上限は特に限定されるものではなく、＜＜２．本発明にかかる光導波路の製造方法＞＞の項で述べる条件のパルスレーザーにより屈折率が誘起できる程度のＴｇであればよい。
【００５６】
また、本発明で用いられる高分子材料の光損失は、６００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲内にある波長の光において３ｄＢ／ｃｍ以下となっていることが好ましい。３ｄＢ／ｃｍより大きい場合、得られる光導波路としては、光損失が大き過ぎて実用に耐えない場合がある。また、パルスレーザーのピーク波長近傍に光吸収があると、アブレーションが起こりやすくなるため、上記Ｔｇの場合と同様に加工性の低下を招く場合がある。なお、光損失の下限については特に限定されるものではなく、光損失が少なければ少ない程良いことは言うまでもない。
【００５７】
なお、上記Ｔｇおよび光損失の測定方法は特に限定されるものではなく、公知の方法、例えば、後述する実施例に記載されている方法等を好適に用いることができる。
【００５８】
＜母材＞
本発明では、少なくとも上記高分子材料からなっている母材にパルスレーザーを集光照射することによって、光導波路を製造するが、この母材の具体的な構成は特に限定されるものではない。
【００５９】
具体的には、母材の形状は特に限定されるものではなく、製造しようとする光導波路に応じて適宜設定すればよい。ただし、母材の厚みは、３０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。母材の厚みが３０μｍより小さい場合、表面でのアブレーションが起こりやすく、光導波路の加工性の低下を招く場合があるため好ましくない。なお、厚みの上限については特に限定されるものではなく、上記のように光導波路に応じて適宜設定すればよい。
【００６０】
母材を構成する成分は、上記高分子材料のみであってもよいが、その他の成分を含んでいてもよい。具体的には、例えば、上記高分子材料に加えて、モノマーおよび／またはオリゴマーを含有させることができる。後述する、＜＜２．本発明にかかる光導波路の製造方法＞＞の項でも説明するが、母材にオリゴマーやモノマーを含有させることで、パルスレーザーを集光照射した部位において屈折率を増加させることができる。
【００６１】
上記モノマーおよび／またはオリゴマーとしては、具体的には、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーおよび／またはオリゴマーを挙げることができる。ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーおよび／またはオリゴマーとは、上記何れかの反応性を示す官能基を有しており、重合可能な化学構造を有するモノマーか、当該モノマーが複数重合したオリゴマーであればよい。このような反応性を示すオリゴマー・モノマーを用いることで、得られる光導波路の屈折率をより増加させることが可能となる。
【００６２】
上記ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーおよび／またはオリゴマーに含まれている官能基としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、エポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基およびマレイミド基から選択される一種以上の官能基を挙げることができる。すなわち、これら官能基は少なくとも１種が含まれていればよいが、２種以上含まれていてもよい。
【００６３】
上記オリゴマー・モノマーの具体例を挙げると、まず、マレイミド基を有するものとしては、例えば、１，２−ビスマレイミドエタン、１，３−ビスマレイミドベンゼン、１，６−ビスマレイミドヘキサン、１，４−ビスマレイミドベンゼン、２，４−ビスマレイミドトルエン、４，４’−ビスマレイミドジフェニルエーテル、４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン、３，３’−ビスマレイミドジフェニルスルホン、４，４’−ビスマレイミドジフェニルスルホン、４，４’−ビスマレイミドジシクロヘキシルメタン、２，６−ビスマレイミドピリジン、１，３−ビス（マレイミドメチル）シクロヘキサン、３，５’ビス（４−マレイミドフェニル）ピリジン、１，３−ビス（マレイミドメチル）ベンゼン、１，１’−ビス（４−マレイミドフェニル）シクロヘキサン、１，３−ビス（ジクロルマレイミド）ベンゼン、２，２’−ビス（４−マレイミドフェニル）プロパン、４，４’−ビスシトラコンイミドジフェニルメタン、１−フェニル−１，１’−ビス（４−マレイミドフェニル）エタン、α，α’−ビス（４−マレイミドフェニル）トルエン、３，５−ビスマレイミド−１，２，４−トリアゾール等を挙げることができるが特に限定されるものではない。また、これら化合物における水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたものや、これらを反応させオリゴマー化させたものも好適に用いることができる。これら化合物は単独で用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００６４】
また、上記エポキシ基を有するものとしては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、グリシジルエーテル型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物等を挙げることができるが特に限定されるものではない。また、これら化合物における水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたものも好適に用いることができる。これら化合物は単独で用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、屈折率の変化しやすさから脂環式エポキシ化合物がより好ましい。
【００６５】
また、オキセタン基を有するものとしては、例えば、３，３’−ビス（クロルメチル）オキセタン、３，３’−ビス（ヨードメチル）オキセタン、３，３’−ビス（メトキシメチル）オキセタン、３−メチル−３−クロルメチルオキセタン、３，３−ビス（フェノキシメチル）オキセタン、３，３’−ビス（アセトキシメチル）オキセタン、３，３’−ビス（フルオロメチル）オキセタン、３，３’−ビス（ブロモメチル）オキセタン、３，３’−ジメチルオキセタン、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、１，４−［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］ベンゼン、ジ[１−エチル（３−オキセタニル）] メチルエーテル、３−エチル−３−（２−エチルヘキシロキシメチル）オキセタン、３−エチル−３−｛［３−（トリエトキシシリル）プロポキシ］メチル｝オキセタン、オキセタニルシルセスキオキサン、フェノールノボラックオキセタン等を挙げることができる特に限定されるものではない。また、これら化合物における水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたものや、これらを反応させオリゴマー化させたものも好適に用いることができる。これら化合物は単独で用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００６６】
また、シアン酸エステル基を有するものとしては、例えば、１，３−又は１，４−ジシアノベンゼン、２−テトラブチル−１，４−ジシアノベンゼン、２，４−ジメチル−１，３−ジシアノベンゼン、２，５−ジ−テトラブチル−１，４−ジシアノベンゼン、４−クロロ−１，３−ジシアノベンゼン、１，３，５−トリシアノベンゼン、２，２’−または４，４’−ジシアノビフェニル、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジシアノビフェニル１，３−、１，４−、１，５−、１，６−、１，８−、２，６−又は２，７−ジシアナトナフタレン、１，３，６−トリシアナトナフタレン、４，４’−ジシアナトジフェニルメタン、ビス（３−メチル−４−シアナトフェニル）メタン、ビス（３，５−ジメチル−４−シアナトフェニル）メタン、ビス（３，５−ジブロモ−４−シアナトフェニルメタン、ビス（３，５−ジクロロ−４−シアナトフェニル）メタン、ビス（４−シアナトフェニル）エタン、２，２’−ビス（４−シアナトフェニル）プロパン、２，２’−ビス（３，５−ジメチル−４−シアナトフェニル）プロパン、２，２’−ビス（３−メチル−４−シアナトフェニル）プロパン、４，４’−ジシアナトジフェニルチオエーテル、２，２’−ビス（４−シアナトフェニル）パーフルオロプロパン、１，１’−ビス（４−シアナトフェニル）エタン、２，２’−ビス（３，５−ジクロロ−４−シアナトフェニル）プロパン、２，２’−ビス（３，５−ジブロモ−４−シアナトフェニル）プロパン、ビス（４−シアントフェニル）ケトン、ビス（４−シアントフェニル）スルホン、トリス（４−シアナトフェニル）ホスファイトおよびトリス（４−シアントフェニル）ホスフェート等を挙げることができる特に限定されるものではない。また、これら化合物における水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたものや、これらを反応させオリゴマー化させたものも好適に用いることができる。これら化合物は単独で用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００６７】
＜高分子材料へのラジカル反応性基・イオン反応性基の導入＞
上記の例では、高分子材料とは別にモノマーおよび／またはオリゴマーを含有させて母材としていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、同じ理由（得られる光導波路の屈折率を増加させるため）で高分子材料の主鎖および／または側鎖に、ラジカル反応性基またはイオン反応性基を含有させてもよい。このとき含有させるラジカル反応性基またはイオン反応性基は、上記と同様に、エポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基およびマレイミド基から選択される１種以上の官能基であればよい。これら官能基の導入方法は特に限定されるものではなく、例えば、高分子材料を製造する際の原料として、上記官能基を含むモノマーを用いて重合する等の手法を挙げることができる。
【００６８】
＜母材の作製＞
母材の作製方法は特に限定されるものではなく、主成分である高分子材料に対して、必要に応じて、上述したモノマーおよび／またはオリゴマー等の副成分を配合し、所定形状に成形すればよい。高分子材料に対して上記モノマーおよび／またはオリゴマーを配合する方法、すなわち母材の作製（調製）方法としては、例えば、後述する実施例（母材作製例１〜４）に示すように、高分子材料の有機溶媒溶液を調製し、これにモノマーおよび／またはオリゴマーを混合した後に所定の形状に成形する方法等を好適に用いることができるが、特に限定されるものではない。
【００６９】
また、高分子材料とモノマーおよび／またはオリゴマーとの混合比も特に限定されるものではないが、高分子材料の総重量をＷpとし、モノマーおよび／またはオリゴマーの総重量をＷmとした場合、Ｗp／Ｗm＝１／０．０１〜１の範囲内が好ましく、１／０．１〜０．５の範囲内がより好ましい。高分子材料に対するモノマーおよび／またはオリゴマーの混合比（重量比）が０．０１を下回ると、モノマーおよび／またはオリゴマーの種類にもよるが、期待される屈折率増加の効果が十分得られない場合がある。一方、混合比が１を超えると、母材中の高分子材料の比率が低くなり過ぎて、非増幅パルスレーザーの集光照射による屈折率変化を十分に誘起できなくなる場合がある。
【００７０】
母材の加工形状も特に限定されるものではなく、ある程度の厚みを有するシート状に成形してもよいし、より厚みの小さいフィルム状に成形してもよいし、より厚みの大きなバルク状（塊状）や棒状等の形状に成形してもよい。成形方法も特に限定されるものではなく、公知の方法を好適に用いることができる。例えば、後述する実施例では、母材をフィルム状に成形する方法としてキャスト法を用いている。
【００７１】
なお、母材には、得ようとする光導波路の用途に応じて、上記モノマーおよび／またはオリゴマー以外の材料（副成分）が含まれていてもよい。
【００７２】
＜＜２．本発明にかかる光導波路の製造方法＞＞
本発明にかかる光導波路の製造方法は、上記母材にパルスレーザーを照射して、当該母材内に他の部位とは屈折率が異なる屈折率変化部位を形成する屈折率変化部位形成工程を含んでおり、この工程では、パルス幅が５フェムト秒〜５００ピコ秒の範囲内であり、かつ、該パルスレーザーは複数枚のシリンドリカルレンズを通過させた後に当該母材内に集光照射することによる製造方法である。また、本発明にかかる光導波路は、この製造方法により得られるものである。
【００７３】
＜シリンドリカルレンズ＞
シリンドリカルレンズは、シリンドリカルレンズ通過前後でパルスレーザーの断面形状の縦横比を変える機能を有する。シリンドリカルレンズはレンズメーカーで市販されている。本件で用いられるシリンドリカルレンズは市販品である。シリンドリカルレンズは固有の焦点距離を有する。複数枚のシリンドリカルレンズを組み合わせることによって、また、組み合わせるに当たり、シリンドリカルレンズ間の距離を調整することによって、母材内に集光照射される電磁場強度分布を変化させることができ、結果として、光導波路の断面形状を調整することが可能となる。
【００７４】
シリンドリカルレンズを２枚使用する場合は、２枚のシリンドリカルレンズの各焦点距離をｆ1およびｆ2とし（但し、ｆ1＜ｆ2）、２枚のシリンドリカルレンズ間距離をＦとすると、パルスレーザーの光源側から、ｆ1、ｆ2の配置の場合には、式（１）の関係を満たすときに、光導波路の断面形状の調整効果が顕著になる。即ち、
０．８（ｆ1＋ｆ2）＜Ｆ＜１．２（ｆ1＋ｆ2）    式（１）
の関係を満たすときである。
【００７５】
また、パルスレーザーの光源側からｆ2，ｆ1の配置に２枚のシリンドリカルレンズを置いた場合には、式（２）の関係を満たすときに、光導波路の断面形状の調整効果が顕著になる上、断面形状自体をより大きくすることができる。即ち、
０．８（ｆ1＋ｆ2）＜Ｆ＜１．２（ｆ1＋ｆ2）    式（２）
の関係を満たすときである。
【００７６】
式（１）および（２）の範囲外の場合は、集光照射部の電磁場強度が弱く、光導波路を形成することはできない。
【００７７】
＜光導波路断面のアスペクト比＞
本発明により製造された光導波路の断面形状は、母材厚み方向の光導波路部の長さを縦長さ、これに垂直な方向の光導波路部の長さを横長さとするとき、（横長さ）÷（縦長さ）をアスペクト比とした。該アスペクト比は０．１〜１０である。アスペクト比が０．１より小さくなると、光ファイバーとの接続損失が大きくなり、結合効率が低下する。また、アスペクト比が１０より大きくなると、光ファイバーとの接続損失が大きくなり過ぎ、通信効率が低下する。
【００７８】
また、光導波路のコア部の母材の厚み方向の長さである縦長さおよびこれに垂直な方向の横長さはそれぞれ１μｍ以上２ｍｍ以下である。該範囲にあるとき、通信モードであるシングルモードおよびマルチモードの両方に対応することができる。該範囲外のコア径になると、光ファイバーとの接続損失が大きくなり過ぎ、光導波路内を光が導波しなくなってしまう。
【００７９】
光導波路のコア部の縦長さと横長さが１μｍ以上２０μｍ未満の場合、特にシングルモード導波に適している。コア部の縦長さと横長さが該範囲を外れると、光をシングルモード導波できなくなる。
【００８０】
光導波路のコア部の縦長さと横長さが２０μｍ以上２ｍｍ未満の場合、特にマルチモード導波に適している。コア部の縦長さと横長さが該範囲を外れると、光をマルチモード導波できなくなる。
【００８１】
＜パルスレーザー＞
本発明で用いられるパルスレーザーとは、パルス幅が５フェムト秒〜５００ピコ秒の範囲内であり、かつ、オシレーター発振のみによる非増幅パルスレーザーであるかオシレーター発振による非増幅パルスレーザーを増幅器により増幅されたパルスレーザーを指す。
【００８２】
通常、パルスレーザーの発振には、種光を発振するオシレーターと当該種光を増幅するアンプとの双方を備える構成の装置（パルスレーザー発振装置）が用いられる。オシレーター発振のみからなる非増幅パルスレーザーの場合、繰返し周波数を１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚと幅広く選択することができる。
【００８３】
該非増幅パルスレーザーは増幅器（アンプとも言う）を通過させることで、とパルスレーザーのピークパワーを格段に大きくすることができる。増幅されたパルスレーザーの場合、繰返し周波数は１〜２５０ｋＨｚとなる。
【００８４】
＜パルスレーザーの具体的な条件＞
本発明で用いられるパルスレーザーの具体的な条件は特に限定されるものではなく、上記範囲内のパルス幅であり、かつ、中心波長が７５０ｎｍ〜９００ｎｍであるパルスレーザーであればよい。その他の条件については、製造しようとする光導波路の特性に応じて適宜設定することができる。光導波路を製造する場合には、母材内に屈折率変化部位を連続して形成可能な平均出力にする必要がある。
【００８５】
また、パルスレーザーおよび非増幅パルスレーザーのパルス幅については、少なくとも上述した５フェムト秒（ｆｓ）〜５００ピコ秒（ｐｓ）の範囲内であればよいが、下限は１０ｆｓ以上であることが好ましく、上限は５００ｐｓ以下であることが好ましく、１ｐｓ以下であることがより好ましく、５００ｆｓ以下であることがさらに好ましい。パルス幅が５００ｐｓを超えると、所望の屈折率変化を誘起できない場合が生じたり、パルスレーザーの集光照射部近傍にアブレーションが生じたりする場合がある。一方、パルス幅が５ｆｓ未満であるようなパルスレーザー発生装置は工業的に利用可能なものは無い。
【００８６】
本発明者は、後述する実施例にも示すように、パルスレーザーにおいて、パルス幅を小さくして高いピーク出力を得ることで、当該パルスレーザーが母材の主成分である高分子材料固有の吸収波長以外の波長を有するものであっても、集光点において母材内に屈折率変化部位を誘起させることが可能であることを確認した。例えば、非増幅パルスレーザーのピーク波長が８０２ｎｍのパルスレーザーを用いて、８０２ｎｍ近傍に吸収波長を有さない高分子材料を主成分とする母材内に当該非増幅パルスレーザーを集光照射した場合、集光照射点では屈折率変化部位を生じさせることができた。
【００８７】
さらに、パルスレーザーの平均出力については、下限が０．０１Ｗ以上であることが好ましく、上限は３０Ｗ未満であることが好ましく、１０Ｗ未満であることがより好ましく、５Ｗ未満であることがさらに好ましい。パルスレーザーの平均出力が０．０１Ｗ未満であると、集光照射部に屈折率変化部位を誘起できない場合がある。また、パルスレーザーの平均出力が３０Ｗを超えると、集光照射部でアブレーションが生じてしまう場合がある。
【００８８】
ここで、対物レンズを用いる場合には、当該対物レンズのＮ．Ａ．（Numerical Aperture：開口数）を特定の範囲内に設定することが好ましい。具体的には、Ｎ．Ａ．の下限は０．１０を超えることが好ましく、０．４０以上とすることが好ましい。また、Ｎ．Ａ．の上限は１．５０未満であることが好ましく、０．９０以下であることが好ましい。対物レンズのＮ．Ａ．を１．５以上とすると油浸レンズを用いても困難である。一方、対物レンズのＮ．Ａ．を０．０５以下とすると、例えば光導波路の場合、光導波路自体が形成されなくなってしまう。
【００８９】
また、厳密な意味で光学素子とは異なるが光ファイバー等を利用してもよい。例えば、光導波路を製造する場合には、光ファイバーを介してパルスレーザーを母材に集光照射してもよい。
【００９０】
＜パルスレーザーの集光照射条件＞
本発明にかかる光導波路の製造方法では、前述したように、パルスレーザーを母材内に集光照射して、当該母材内に他の部位とは屈折率が異なる屈折率変化部位を形成する屈折率変化部位形成工程を含んでおり、このとき用いられるパルスレーザーは上述したような条件を適宜満たしていればよいが、当該パルスレーザーを母材に集光照射する際の条件としても特に限定されるものではなく、製造しようとする光導波路によって適宜設定すればよい。もちろん、パルスレーザーを集光照射する際の好ましい条件は存在する。
【００９１】
具体的には、まず、パルスレーザーの集光照射による母材（高分子材料）の屈折率の変化率は、０．０５％〜３％の範囲内であることが好ましく、０．１５％〜２％の範囲内であることがより好ましい。屈折率の変化率が０．０５％未満である場合には、非増幅パルスレーザーの未照射の部位（屈折率が変化していない部位）と屈折率変化部位との屈折率差が小さすぎて光導波路として十分な特性を発揮できない場合がある。屈折率の変化率が３％を超えると、母材内にクラックなどの欠陥が生じる場合がある。
【００９２】
また、パルスレーザーの集光点におけるピークパワー強度は、その下限が１０3 Ｗ／ｃｍ2 以上であることが好ましく、１０7Ｗ／ｃｍ2以上であることがより好ましい。一方、ピークパワー強度の上限は１０15Ｗ／ｃｍ2未満であることが好ましい。
【００９３】
一般に、パルスレーザーが、照射対象の高分子材料の固有吸収波長に一致する波長を有している場合でも、固有吸収強度は弱い。そのため、集光点において１０3Ｗ／ｃｍ2以上のピークパワー強度が確保される場合には、高分子材料に屈折率変化を誘起することが可能になる。屈折率変化が誘起される現象のメカニズムは不明であるが、光導波路の製造に有効に利用される。したがって、集光点におけるピークパワー強度の下限は１０3Ｗ／ｃｍ2以上であることが好ましい。一方、集光点におけるピークパワー強度が１０15Ｗ／ｃｍ2以上になると、高分子材料（母材）にアブレーションが生じたり、集光照射部の高分子材料が劣化したりする等の問題が発生する場合がある。それゆえ、母材の主成分である高分子材料や、製造しようとする光導波路の特性に応じて、適切なピークパワー強度を設定することが必要である。
【００９４】
さらに、母材に対するパルスレーザーの具体的な照射手法については、製造しようとする光導波路の特性に応じて適切な手法を採用すればよいが、例えば、母材内で上記パルスレーザーの集光点（集光照射点）を連続的に移動させればよい。あるいは、パルスレーザーの集光点に対し母材を連続的に移動させてもよい。すなわち、パルスレーザーの具体的な照射手法としては、上記集光点を固定して母材を移動させてもよいし、母材を固定して集光点を移動させてもよい。また、それぞれを移動または固定させる手段としては特に限定されるものではなく、公知の手段を用いればよい。
【００９５】
上記光導波路の製造の場合には、パルスレーザーの集光点を直線状に連続移動させたが、集光点の相対的な連続移動のさせ方はこれに限定されるものではない。
【００９６】
上記のように、パルスレーザーを母材に集光照射することにより、集光照射された部位が屈折率変化部位となる一方、集光照射されていない部位は、屈折率が変化していない部位（屈折率未変化部位）のまま残る。これにより、屈折率の異なる層が形成され、その結果、屈折率変化部位がコア層となり、屈折率未変化部位はクラッド層となる。それゆえ、光導波路を製造する場合に、コア層およびクラッド層を別々に形成する必要がなくなり、製造プロセスを簡素化することができる。したがって、パルスレーザーの光軸に対して母材を走査（移動）させることによって、２次元または３次元の光導波路を容易に作製成することができる。
【００９７】
＜本発明で用いられるパルスレーザー発振装置の一例＞
上述した各条件も含めて本発明で用いられるパルスレーザー発振装置の一例について、説明すると、例えば、図１に示すような概略構成の装置を例示することができる。
【００９８】
すなわち、図１に示すように、本発明で用いられるパルスレーザー発振装置はオシレーター１０と光学系９とを少なくとも備えている構成であればよいが、さらに、オシレーター発振された種光を増幅する増幅器１３が備わっている構成でも良い。さらに、光学系９に含まれる照射光学系を移動させて、パルスレーザー１を母材３に照射するときに、集光点の位置を母材３に対して相対的に移動させるための照射光学系可動部１１や、試料台５、これらの動作やパルスレーザー１の発振を制御する図示しない制御系等を備えており、この試料台５が移動させる試料台可動部１２を備えていることが好ましい。照射光学系可動部１１および試料台可動部１２は、何れか一方のみを備えていてもよいし、双方を備えていてもよい。
【００９９】
上記試料台５、光学系９、オシレーター１０、増幅器１３、照射光学系可動部９、試料台可動部１２等の各手段や部材の具体的な構成は特に限定されるものではなく、公知の構成を用いることができる。なお、後述する実施例では、オシレーター１０としてはレーザーダイオード（ＬＤ）励起のＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザーからなる構成が例示され、そして増幅器としては再生増幅器が例示されているが、もちろんこれに限定されるものではない。
【０１００】
＜その他の工程＞
本発明にかかる光導波路の製造方法では、その製造過程に上記屈折率変化部位形成工程を含んでいれば良いが、その他の工程を含んでいてもよい。具体的には、例えば、屈折率変化部位形成工程の後に、母材を加熱する加熱工程を挙げることができる。
【０１０１】
本発明にかかる製造方法では、パルスレーザーを集光照射して屈折率変化部位を形成した後、母材（高分子材料）を加熱することにより、屈折率変化部位が消失することなく耐熱安定性が向上するため好ましい。また、加熱により、コア層とクラッド層との屈折率差が増加する場合もあり、この点からも好ましい。
【０１０２】
この加熱工程では、加熱温度は、通常、母材に含まれるモノマーおよび／またはオリゴマーが硬化する温度範囲内であればよく、具体的には、１００℃〜２５０℃の範囲内であればよいが、特に限定されるものではない。モノマーおよび／またはオリゴマーが硬化する温度は、例えばＤＳＣ（示差走査熱量測定）を用いて熱分析することにより、発熱反応を始める温度を確認することができる。
【０１０３】
また、加熱工程を行う環境は、特に限定されるものではないが、光導波路の損失を少なくする点から、窒素、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中、または真空中で行うことが好ましい。
【０１０４】
＜＜３．本発明の利用（有用性）＞＞
本発明にかかる光導波路は、上記製造方法により得られるものである。すなわち、本発明にかかる光導波路は、＜＜１．本発明にかかる光導波路＞＞の項でも述べたように、少なくとも高分子材料からなる母材に、パルス幅が５フェムト秒〜５００ピコ秒の範囲内であり、かつ、2枚以上のシリンドリカルレンズを通過したパルスレーザーを集光照射することにより、当該母材内に屈折率変化部位を形成してなるものである。
【０１０５】
光導波路について、本発明の利用（有用性）をより具体的に説明する。
【０１０６】
＜光導波路製造の具体例＞
前述したように、光導波路は、光の伝送線路または光の配線板であり、通常は、光の配
線板として製造すればよい。そのため、本発明では、2枚以上のシリンドリカルレンズを通過させたパルスレーザーの集光照射により、母材内に線状のコア層（屈折率変化部位）を２次元的または３次元的に形成して、周囲の屈折率未変化部位をクラッド層とし、母材自体を基板として用いればよい。
【０１０７】
さらに、本発明では、光導波路は基板上に積層されて形成されてもよい。このとき用いられる基板としては、可撓性がほとんど無い板状であってもよいし、可撓性を有するフィルム状であってもよいし、その中間的なものであってもよく、特に限定されるものではない。用いられる材料としても特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、シリコンウエハー、金属基板、セラミック基板、高分子基板等を挙げることができる。
【０１０８】
高分子基板の材質としても特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー樹脂、エポキシ樹脂、シアナート樹脂等を挙げることができる。この中でも、耐熱性の点や光導波路となる高分子材料（母材）との接着性、線膨張係数が近いなどの点からポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シアナート樹脂が好ましく用いられる。
【０１０９】
上記光導波路の製造方法は特に限定されるものではなく、上述した非増幅パルスレーザーを例えば平板状の母材に集光照射する屈折率変化部位形成工程を実施すればよい。このとき、平板状の母材に予め上記基板を積層してもよいし、光導波路を形成してから上記基板を積層してもよい。さらに、必要に応じて、光導波路や基板を複数層積層してもよい。
【０１１０】
このときの積層方法についても特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、例えば、光導波路と基板とを直接接着剤を介さないで積層することも可能であるし、接着剤を介して積層することも可能である。接着剤を使用する方法においては、当該接着剤として熱可塑性ポリイミドを用いることが好ましい。これにより耐熱性、接着性をより優れたものとすることができる。特に、光導波路の材料（母材の主成分である高分子材料）や基板材料にポリイミドを用いる場合、接着性が良好で線膨張係数の差が小さいため、反りを少なくできる等の利点があるため好ましい。接着剤として好適に用いることのできる熱可塑性ポリイミドとしては、例えば、特開２００２−３２２２７６号公報（平成１４年（２００２）年１１月８日公開）や特開２０００−２５６５３６号公報（平成１２年（２０００）年９月１９日公開）、特開２０００−１０９６４５号公報（平成１２年（２０００）年４月１８日公開）等に開示されているものを、接着性の点で特に好ましく用いることができる。
【０１１１】
また、本発明にかかる光導波路においては、基板上に電気配線を設けてもよい。すなわち、上記基板に予め電気配線を公知の方法で形成して電気配線基板としておき、当該電気配線基板上に母材を積層して光導波路を形成するか、光導波路を形成した母材を電気配線基板に積層してもよい。このように、光導波路と電気配線とが一つの積層板上に配置することによって、得られる積層基板を光電気混合基板（光電気混載基板）として用いることができる。
【０１１２】
＜本発明を用いて得られる光導波路＞
本発明を用いて得られる光導波路とは、本発明にかかる製造方法を用いて得られる。例えば、光通信に用いられる様々な部品（光通信用部品、光通信用光学素子）に適用することができる。具体的には、例えば、光分岐結合器（光カプラ）、光合波分波器（光合分波器）、光アイソレータ、リングカプラ、光ファイバーアンプ、導波路型素子（導波路型光変調器）等が挙げられる。これらの光部品は上記光導波路を用いて製造することができる。
【０１１３】
中でも、特に導波路型素子は、光の強度や位相を電気信号に合わせて制御する光集積回路の一種であり、小型で高速、高効率で動作する素子にできること等の利点があるため、本発明の用途の一つとして非常に有望である。
【実施例】
【０１１４】
以下、実施例および図２〜４に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【０１１５】
〔実施例で用いた原料等〕
以下の実施例で用いた各原料等とその入手先を以下に示す。これら原料等は市販品を必要に応じて精製して使用した。
【０１１６】
・２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル：セントラルガラス社製
・ピロメリット酸二無水物：和光純薬社製
・２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン酸二無水物：クラリアントジャパン社製
・４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン：三井化学社製
・ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル：東亜合成社製
・ジメチルアセトアミド：和光純薬社製
・ジメチルホルムアミド：和光純薬社製
・イソプロパノール：和光純薬社製
・β−ピコリン：和光純薬社製
・無水酢酸：和光純薬社製
【０１１７】
〔屈折率の測定〕
少なくとも高分子材料からなる母材にパルスレーザーを集光照射したときに、当該集光点（集光照射部）近傍の屈折率の測定は以下の条件の測定法によった。
・屈折率測定法：ビームプロファイル反射率測定法による。
・測定波長：６７５ｎｍ
・ビームスポット径：１μｍ
・測定装置：高精度膜厚計Ｏｐｔｉ−Ｐｒｏｂｅ２０００（サーマウェーブ社製）
【０１１８】
〔合成例１：ポリイミドＡの合成〕
窒素雰囲気下の容器中で２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（３．２０ｇ、１０ｍmol）をジメチルホルムアミド（３６．９ｇ）に溶解した。次に、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（２．２２ｇ、５．０ｍmol）とピロメリット酸二無水物（１．０９ｇ、５．０ｍmol）とをさらに加えて容器を氷冷しながら１時間撹拌した。その後、室温で３時間撹拌して、ポリアミド酸Ａ溶液（固形分１５重量％）を得た。
【０１１９】
このポリアミド酸Ａ溶液にβ−ピコリン０．９３ｇ（１０ｍmol）と無水酢酸６．１３ｇ（６０ｍmol）とを加えよく撹拌した後、この溶液を１００℃に保ちさらに４時間撹拌した。撹拌後の溶液をイソプロパノールに展開し、白色の固体を得た。さらに当該白色の固体をジメチルホルムアミド（５０ｇ）に溶解させた後、イソプロパノールに展開して、白色の固体を得た。当該白色の固体を６０℃、２４時間の条件で真空乾燥し、ポリイミドＡを得た。
【０１２０】
〔合成例２：ポリイミドＢの合成〕
窒素雰囲気下の容器中で２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（１．６０ｇ、５ｍmol）および４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（１．００ｇ、５ｍmol）をジメチルホルムアミド（３６．９ｇ）に溶解した。次に、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（４．４４ｇ、１０．０ｍmol）をさらに加えて容器を氷冷しながら１時間撹拌した。その後、室温で３時間撹拌して、ポリアミド酸Ｂ溶液（固形分１５重量％）を得た。
【０１２１】
この溶液にβ−ピコリン０．９３ｇ（１０ｍmol）と無水酢酸６．１３ｇ（６０ｍmol）とを加えよく撹拌した後、溶液を１００℃に保ちさらに４時間撹拌した。撹拌後の溶液をイソプロパノールに展開し、白色の固体を得た。さらに当該白色の固体をジメチルホルムアミド（５０ｇ）に溶解させた後、イソプロパノールに展開して、白色の固体を得た。当該白色の固体を６０℃、２４時間の条件で真空乾燥し、ポリイミドＢを得た。
【０１２２】
〔合成例３：ポリイミドＣの合成〕
窒素雰囲気下の容器中で２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（１．６０ｇ、５ｍmol）およびｐ−フェニレンジアミン（０．５４ｇ、５ｍmol）をジメチルホルムアミド（３６．９ｇ）に溶解した。次に、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（４．４４ｇ、１０．０ｍmol）さらに加えて容器を氷冷しながら１時間撹拌した。その後、室温で３時間撹拌して、ポリアミド酸Ｃ溶液（固形分１５重量％）を得た。
【０１２３】
この溶液にβ−ピコリン０．９３ｇ（１０ｍｍｏｌ）と無水酢酸６．１３ｇ（６０ｍmol）とを加えよく撹拌した後、溶液を１００℃に保ちさらに４時間撹拌した。撹拌後の溶液をイソプロパノールに展開し、白色の固体を得た。さらに当該白色の固体をジメチルホルアミド（５０ｇ）に溶解させた後、イソプロパノールに展開して、白色の固体を得た。当該白色の固体を６０℃、２４時間の条件で真空乾燥し、ポリイミドＣを得た。
【０１２４】
〔母材作製例１：フィルムＡの成形〕
合成例１で得られたポリイミドＡを母材の高分子材料として用いた。すなわち、ポリイミドＡを固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させてポリイミド溶液とした。この溶液２ｇに、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーとして４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン０．０４ｇを添加し、均一になるまで撹拌した。
【０１２５】
撹拌後の溶液をガラス基板上にキャストし、真空中にて、４０℃、３時間、さらに６０℃、３時間、さらに８０℃・３時間の条件で加熱することにより溶媒を除去した。これにより、母材としての厚さ２００μｍのフィルムＡを得た。
【０１２６】
〔母材作製例２：フィルムＢの成形〕
合成例２で得られたポリイミドＢを母材の高分子材料として用いた。すなわち、ポリイミドＢを固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させてポリイミド溶液とした。この溶液２ｇに、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーとして４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン０．２ｇを添加し、均一になるまで撹拌した。
【０１２７】
撹拌後の溶液をガラス基板上にキャストし、真空中にて、４０℃・３時間、さらに６０℃、３時間、さらに８０℃・３時間の条件で加熱することにより溶媒を除去した。これにより、母材としての厚さ３００μｍのフィルムＢを得た。
【０１２８】
〔母材作製例３：フィルムＣの成形〕
合成例３で得られたポリイミドＣを母材の高分子材料として用いた。すなわち、ポリイミドＣを固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させてポリイミド溶液とした。この溶液２ｇに、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーとして４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン０．２ｇを添加し、均一になるまで撹拌した。
【０１２９】
撹拌後の溶液をガラス基板上にキャストし、真空中にて、４０℃、３時間、さらに６０℃、３時間、さらに８０℃、３時間の条件で加熱することにより溶媒を除去した。これにより、母材としての厚さ３００μｍのフィルムＣを得た。
【０１３０】
〔母材作製例４：フィルムＤの成形〕
母材作製例１と同じく合成例１で得られたポリイミドＡを母材の高分子材料として用いた。すなわち、ポリイミドＡを固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させてポリイミド溶液とした。この溶液２ｇに、ラジカル反応性またはイオン反応性を示すモノマーとしてジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル０．２ｇを添加し、均一になるまで撹拌した。
【０１３１】
撹拌後の溶液をガラス基板上にキャストし、真空中にて、４０℃、３時間、さらに６０℃、３時間、さらに８０℃、３時間の条件で加熱することにより溶媒を除去した。これにより、母材としての厚さ３００μｍのフィルムＤを得た。
【０１３２】
〔接続損失の測定方法〕
波長１．５５μｍの光をコア径８０μｍのマルチモードファイバーで導光して、当該屈折率変化部位の一方の端から上記光を入射させ、もう一方の端から出射された光の強度をパワーメーターで測定した。光導波路長を変えて出射された光の強度を測定し、光の強度を用いて光損失を算出した。光導波路長さ（横軸）に対する、光損失（縦軸）をプロットした。これらの点を直線近似し、縦軸との交点の値を接続損失とした。
【０１３３】
〔実施例１〕
母材３としてフィルムＡを選択し、図２に示すように、非増幅パルスレーザー１を対物レンズ２（４０倍、０．７５Ｎ．Ａ．）で集光して母材３に対して照射した。この非増幅パルスレーザー１は、レーザーダイオード（ＬＤ）励起のＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザーからなるオシレーターより発振されたものであり、アンプにより増幅されていない。その条件は、パルス幅が１５０ｆｓ、繰返し周波数が８２ＭＨｚ、ピーク波長が８０２ｎｍ、平均出力が４００ｍＷとなっている。
【０１３４】
シリンドリカルレンズを2枚使用した。固有焦点距離ｆ1＝５０ｍｍのシリンドリカルレンズをＣＬ１、固有焦点距離ｆ2＝１００ｍｍのシリンドリカルレンズをＣＬ２とするとき、ＣＬ１とＣＬ２間距離Ｆ＝１４７ｍｍに配置した。光源と対物レンズの間にＣＬ１とＣＬ２を配置すると共に、ＣＬ１よりもＣＬ２を光源側に配置した。
【０１３５】
母材３（フィルムＡ）内に集光点４（図中円で囲んで示す）が生じるように前記光学系を通過した非増幅パルスレーザー１を集光照射させると、集光点４の屈折率が上昇した。そこで、試料台５を連続的に直線移動することにより、図３に示すように、母材３（フィルムＡ）内に直線状の屈折率変化部位すなわち光導波路６を安定的に形成することができた。
【０１３６】
母材３内に形成された光導波路６の端部を光学顕微鏡で観察したところ、フィルムＡの厚み方向の導波路長さは６０μｍ、これと垂直方向の導波路長さは４０μｍであり、即ち、アスペクト比は０．６７であった。
【０１３７】
また、母材３内に形成された光導波路６の端部を研磨し、光導波路６の断面近傍の屈折率を測定したところ、非照射部分の屈折率は１．５８５であるのに対して、光導波路６すなわち屈折率変化部位の屈折率は、最も高い部分で１．５９０となっており、屈折率の上昇は０．３２％となった。また、光導波路６における屈折率の分布は、当該光導波路６の断面の中央ほど屈折率が高くなっていた。すなわち得られた光導波路６はグレーデッド・インデックス型であった。
【０１３８】
得られた光導波路６は、コア層とクラッド層との間に明確な界面が存在しないことから界面損失が極めて少なく、光集積回路等における微細な光導波路の形成方法としての活用が期待される。また手で曲げると屈曲するため、ガラス材料では無理な多様な形態を取ることが可能である。
【０１３９】
〔実施例２〕
母材としてフィルムＢを選択した以外は実施例１と同様にして、フィルムＢに長さ１０ｍｍの直線状の屈折率変化部位を形成した。フィルムＢの厚み方向の導波路長さは６０μｍ、これと垂直方向の導波路長さは４０μｍであり、即ち、アスペクト比は０．６７であった。
【０１４０】
波長１．５５μｍの光をシングルモードファイバーで導光して、当該屈折率変化部位の一方の端から上記光を入射させ、もう一方の端から出射された光の強度をＣＣＤカメラ（浜松ホトニクス社製、近赤外スペクトル観察用ＣＣＤカメラ）で撮影してニヤフィールドパターンを観察した。ニヤフィールドパターンが得られたことから該屈折率変化部位が光導波路になっていることを確認した。
【０１４１】
〔実施例３〕
母材としてフィルムＣを選択し、ＣＬ２よりＣＬ１を光源側に配置し、ＣＬ１とＣＬ２間距離を１５３ｍｍにした以外は、以外は実施例１と同様にして、フィルムＣに長さ１０ｍｍの直線状の屈折率変化部位を形成した。
【０１４２】
母材３内に形成された光導波路６の端部を光学顕微鏡で観察したところ、フィルムＣの厚み方向の導波路長さは８０μｍ、これと垂直方向の導波路長さは６０μｍであり、即ち、アスペクト比は０．７５であった。
【０１４３】
さらに、実施例２と同様にして当該屈折率変化部位のニヤフィールドパターンを観察したところ、シングルモード導波であることがわかり、当該屈折率変化部位が光導波路になっていることを確認した。
【０１４４】
〔実施例４〕
母材としてフィルムＤを選択し、ＣＬ１とＣＬ２間距離を１５５ｍｍにした以外は実施例３と同様にして、フィルムＤに長さ１０ｍｍの直線状の屈折率変化部位を形成した。
【０１４５】
母材３内に形成された光導波路６の端部を光学顕微鏡で観察したところ、フィルムＤの厚み方向の導波路長さは１１０μｍ、これと垂直方向の導波路長さは９０μｍであり、即ち、アスペクト比は０．８２であった。
【０１４６】
さらに、実施例２と同様にして当該屈折率変化部位のニヤフィールドパターンを観察したところ、シングルモード導波であることがわかり、当該屈折率変化部位が光導波路になっていることを確認した。
【０１４７】
〔比較例１〕
母材としてフィルムＡを選択し、実施例１と同様にパルスレーザーを対物レンズで集光して母材（フィルムＡ）に照射した。このパルスレーザーは、アルゴンレーザ励起のＴｉ：Ａｌ2Ｏ3からなるオシレーターより発振された非増幅パルスレーザーである。その条件は、パルス幅が１５０ｆｓ、繰返し周波数が８２ＭＨｚ、ピーク波長が８０２ｎｍ、平均出力が４００ｍＷである。
【０１４８】
母材（フィルムＡ）内に集光点が生じるように上記パルスレーザーを集光照射させたところ、屈折率変化部位が形成された。該屈折率変化部位の断面形状を光学顕微鏡で観察したところ、厚み方向の長さが４０μｍ、これと垂直方向の長さが２μｍであった。アスペクト比は０．０５であった。
【０１４９】
母材として異なるフィルムＡ〜Ｄを用いた上記実施例１〜４と比較例１の結果を次の表１にまとめて示す。なお、表１におけるポリイミド／モノマーの重量比については、ポリイミド溶液の固形分濃度は何れの実施例でも２０重量％であるため、ポリイミド重量を０．４ｇとして計算している。また、屈折率変化部位（光導波路）の形成については、形成できた場合を○として評価している。
【０１５０】
【表１】
2005326599.tif 000004
表１の結果から明らかなように、本発明にかかる製造方法を用いれば、ポリイミドの種類やフィルムの違いに関わらず、良好に光導波路を製造できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
このように、本発明では、少なくとも高分子材料からなる母材内に、２枚以上のシリンドリカルレンズを通過させたパルスレーザーを照射することを特徴とする光導波路を製造することができる。それゆえ、本発明は、高分子材料を光導波路に加工する樹脂産業や、素材産業に利用できるだけでなく、具体的な光部品を製造する光学機器関連の産業や、光電子関連の機器に関わる電子機器関連の産業、さらには光通信に関わる通信産業等に広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明にかかる光導波路の製造に用いられるパルスレーザー発振装置の概要を示す模式図である。
【図２】母材にパルスレーザーを集光照射した状態を示す簡易断面図である。
【図３】母材内に形成された直線状の光導波路（屈折率変化部位）の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１    パルスレーザー
２    対物レンズ
３    母材
４    集光点
５    試料台
６    光導波路
７・８    シリンドリカルレンズ
９    光学系
１０    オシレーター
１１    照射光学系可動部
１２    試料台可動部
１３    増幅器
１４    ミラー
【図１】
2005326599.tif 000005
【図２】
2005326599.tif 000006
【図３】
2005326599.tif 000007